2007. június RF 70406-d Kl
A jövő gépjárműhajtása alacsonyabb károsanyag-kibocsátás, alternatív hajtások és regeneratív üzemanyagok
Dr. Rolf Leonhard (a Robert Bosch GmbH dízel rendszerek fejlesztése üzletágának vezetője) előadása
Az 58. Nemzetközi autós újságíró kollokvium alkalmából tartott előadás Boxberg, 2007. június
Robert Bosch GmbH Postafiók 10 60 50 70049 Stuttgart Corporate Communications E-Mail
[email protected] Telefon: +49 711 811-7088 Telefax: +49 711 811-7656 Vezető: Uta-Micaela Dürig Sajtófórum: www.bosch-presse.de
Igen Tisztelt Hölgyeim és Uraim! Vajon hogyan kell elképzelnünk a jövő gépjárműveinek hajtóművét – öt, tíz valamint húsz év múlva? Az e kérdésekre adott válaszok alapvető jelentőséggel bírnak a Bosch számára. Több mint száz éve játszunk meghatározó szerepet a gépjárművek fejlesztésében, és ennek során nagy szakmai ismeretanyagra tettünk szert. 2006-ban gépjárműtechnológiai tevékenységünkkel értük el a Bosch csoport forgalmának 62 százalékát, és ennek megfelelően nagy beruházásokat eszközlünk a jövő hajtástechnológiáinak kutatása és fejlesztése területén. Nemrégiben érte el csúcspontját a klímaváltozásról és a CO2kibocsátásról szóló nyilvános vita. Fő témái a CO2-kibocsátás, a klímaés környezetvédelem valamint az egyre fogyatkozó fosszilis energiahordozó-készletek – és a gépjárművek mindebben játszott szerepe. A Bosch már nagyon régóta foglalkozik ezekkel a most aktuálissá vált kérdésekkel. Már ma is rendelkezünk megoldásokkal az előttünk álló feladatokhoz, és nagy erőket összpontosítunk arra, hogy megtaláljuk a válaszokat a még megoldatlan kérdésekre. A belső égésű motorban még nagy fejlődési potenciál rejlik A károsanyag-kibocsátástól mentes mobilitás eszméjét tartjuk ugyan szem előtt, de már ma is tudjuk: az autók első számú hajtóműve még húsz év múlva is a belső égésű motor lesz. Ebben ugyanis még igen nagy fejlődési potenciál rejlik. A jelentős különbség inkább az lesz, hogy a benzin és a dízel mellett több alternatív üzemanyag is rendelkezésünkre áll majd, és az alternatív hajtások egyre nagyobb mértékben érvényesülni tudnak majd a kisebb piaci szegmensekben. Miként fest hát a menetrendünk a következő húsz évre? A fejlődés négy útján haladunk egyidejűleg: •
Fejlesztőink felderítik a belső égésű motor még ki nem aknázott potenciáljait. Ez a dízel motorra és az Otto-motorra egyaránt érvényes.
•
A belső égésű motorral kapcsolatos új technológiák képezik az alapját az alternatív üzemanyagok alkalmazásának. Ezek szintetikus vagy megújuló nyersanyagokból készülnek. Ezen a területen közös 2 von 11
célért küzd az összes érintett: mi mint beszállítók, a motorfejlesztők és az ásványolaj-ipar. •
Hibrid koncepciók és a meghajtás minden részén jelen lévő intelligens megoldások révén a gépjármű és a belső égésű motor egyre tisztábbá és takarékosabbá válik.
•
Úgy látjuk, hogy áthidaló technológiákkal megoldott számos fejlesztési lépést követően a kisebb szegmensekben egyre nagyobb szerephez juthatnak az energia-átalakítóként fűtőanyagcellával ellátott elektromos hajtások a belső égésű motorok alternatívájaként.
A dízeltechnológia készen áll az USA és Ázsia piacaira Miként is lássunk neki a potenciál növelésének? Lássuk először a belső égésű motort, és azon belül is a dízelt: a közvetlen befecskendezésű, korszerű dízelmotorok jó harminc százalékkal kevesebb üzemanyagot fogyasztanak, mint a hagyományos, szívócső-befecskendezésű benzinmotorok. Emellett a CO2-kibocsátásuk is mintegy 25 százalékkal alacsonyabb. A dízel tehát hatékony energiafogyasztása révén környezetbarát gépjárműhajtás. Ezért mindent megteszünk annak érdekében, hogy európai sikereit követően Észak-Amerikában és Ázsiában is áttörést érjünk el a dízellel. Az autóipar ma már képes megzabolázni a dízelrészecskéket. Egyrészről optimalizált befecskendezési technológiával csökkentjük a motor „nyers” – tehát a kipufogási szakaszban való utókezelést megelőző – kibocsátását. Másrészről a kiegészítő dízelrészecske-szűrő oly mértékben lecsökkenti a koromkibocsátást, hogy a későbbi szigorúbb határértékeknek is meg tudunk felelni. 2009-től kezdve a dízelrészecskeszűrők egy új generációja is szerepel majd termékpalettánkon. Ettől kezdve egy kézből tudjuk majd szállítani az egymással optimálisan összehangolt dízel- és kipufogógáz-utókezelési technológiát. Újabb fejlesztési feladat elé állít bennünket a nitrogénoxid vagy NOxkibocsátás kérdése. Az Egyesült Államokban már ma is igen szigorú határértékekkel szabályozzák a NOx- kibocsátást. Emellett a BIN 8-ról BIN 5-re való, az idei évtől hatályos szigorítás újabb kihívást jelent a fejlesztők számára: a mérföldenként kibocsátott 200 milligramm 3 von 11
nitrogénoxid helyett ettől kezdve már csak 70 milligramm megengedett. Egy kilométerre átszámítva ez mintegy 124 illetve 43 milligrammnak felel meg. Európában is csökkennek a megengedett NOx-határértékek, mégpedig lépésről lépésre: először a 2009-ben hatályba lépő Euro-5 szabvány révén, a mai kilométerenkénti 250 milligrammról 180 milligrammra. A 2014-ben hatályba lépő Euro-6 pedig már csupán 80 milligramm kilométerenkénti kibocsátást tesz lehetővé. A jelenlegi határérték tehát 70 százalékkal, a 30 évvel ezelőtt megengedett érték egy százalékára csökken. Az igényes kipufogógáz-határértékek műszaki megoldásai Fejlesztőink számára már most is egyértelmű, hogy még ezen igényesebb határértékek betartásához is időben megtaláljuk a megfelelő műszaki megoldásokat. Ez olyan célzott motoron belüli intézkedések révén fog sikerülni, amelyek tovább optimalizálják az égési folyamatokat, mégpedig az alábbiak segítségével: •
a turbófeltöltő magasabb töltési nyomása a részterheléskori magasabb kipufogógáz-visszavezetési aránnyal egyidejűleg,
•
több mint 500 bar-ral magasabb befecskendezési nyomás részterhelés esetén és
•
még rugalmasabb befecskendezési folyamat akár nyolc befecskendezéssel munkaütemenként.
Ezek a műszaki megoldások haszongépjármű-motoroknál már kiválóan beváltak. Bármilyen terhelés mellett jelentősen csökkentik mind a nitrogénoxid-, mind a részecske-kibocsátást. Ezeket az előnyöket a dízelüzemű személygépjárműveknél is érvényre fogjuk juttatni. Új technológiáink révén már ma is további megtakarítási potenciált szabadítunk fel. A fejlesztők ma már kisebb motorokat készíthetnek, mégpedig teljesítmény- és forgatónyomaték-csökkenés nélkül. A jelenséget „downsizing”-nak nevezik. A kisebb lökettérfogat és a kevesebb henger kisebb súrlódási veszteséget és ezáltal jobb hatásfokot eredményez. Ugyanakkora forgatónyomaték mellett 25 százalékkal
4 von 11
kisebb lökettérfogattal mintegy 10 százalékos üzemanyag-megtakarítás érhető el. A kisebb fogyasztás pedig alacsonyabb CO2-kibocsátással jár. Két újításunk révén jelentős mértékben hozzájárulunk ehhez az előrelépéshez: egyrészről akár 2000 bar befecskendezési nyomást is lehetővé tévő Piezo-injektorainkkal. Emellett pedig optimalizált mágnesszelepes injektorokat kínálunk, amelyek hasonlóan nagy teljesítményűek, mint a Piezo-injektorok, és koncepciótól függően akár 2000 bar feletti befecskendezési nyomás mellett is használhatók. Ebben a 2000 bar feletti nyomástartományban kerül előtérbe új Bosch CP4-es Common-Rail pumpánk. 1800 bar-os nyomású változatát 2006 óta állítjuk elő sorozatgyártásban. A 2000 bar-os változatot ebben az évben vezetjük be a piacra. Ezt a pumpát a legmagasabb hidraulikai hatásfokokhoz terveztük. Már közepes fordulatszám és terhelés mellett is igen magas befecskendezési nyomással támogatja az égési folyamatot. Számos ezzel a befecskendezési technológiával felszerelt dízelüzemű gépjármű akár NOx-utókezelés nélkül is képes lesz megfelelni a 2014ben hatályba lépő Euro-6 szabvány határértékeinek. A nehezebb gépjárművek és a még szigorúbb USA-határértékek esetében azonban elengedhetetlen a kipufogógáz NOx-utókezelése. Ezért a dízel esetében éppoly intenzíven dolgozunk a befecskendező rendszerek továbbfejlesztésén, mint a kipufogógáz utókezelésének rendszerein és összetevőin. Denoxtronic-kal a nitrogénoxid-kibocsátás csökkentéséért Ennek során a haszongépjármű-szektorban szerzett ismereteinket kamatoztatjuk, ahol a 2004-ben bevezetett Bosch Denoxtronic remekül bevált a nitrogénoxid-kibocsátás csökkentése területén. Ez a rendszer folyékony karbamidot – más néven Adblue-t – fecskendez a kipufogócsőbe. A következő SCR – Selective Catalytic Reduction – katalizátorban az Adblue ártalmatlan vízgőzzé és nitrogénné egyesül a kipufogógázban lévő nitrogénoxiddal. E rendszer segítségével a haszongépjármű-gyártók jelenleg több mint 80 százalékos NOxátalakítási arányt képesek elérni. 5 von 11
A NOx-tárolókatalizátor alternatívájaként jelenleg a Denoxtronictechnológiát alakítjuk a személygépjárművek igényeihez. Az új rendszer a jövő évben kerül először az USA piacára, amikor az Audi, a BMW, a Mercedes és a Volkswagen bevezetik ott a Bosch Denoxtronic-kal felszerelt Clean-Diesel járműveiket. A Boschnak van még egy újítása a jövő dízelmotorjaival kapcsolatban: a szilíciumkarbidból készült jelenlegi részecskeszűrők alternatívájaként a Denso-val közösen kifejlesztünk egy könnyebben megmunkálható coriderit-kerámiából készülő szűrőt. Ez az anyag már bevált katalizátorok esetében, és megvannak a maga előnyei. Szűrőnk révén csökken az elkerülhetetlen üzemanyag-többletfogyasztás, és – ami nem utolsó szempont – a szűrő költségtakarékosabban állítható elő. Az új szűrőgeneráció sorozatgyártásban történő alkalmazását 2009-től tervezzük – épp időben a szigorodó kibocsátási határértékek miatt megnövekvő kereslethez. Hölgyeim és Uraim! A dízel a jövőben is jelentős mértékben hozzájárul a gépjármű-forgalom által okozott CO2-kibocsátás csökkentéséhez. Új dízel-technológiáink révén még a legszigorúbb kibocsátási határértékeket is be lehet tartani. Az Otto-motorok szintén megteszik a magukét: ezen a területen is a közvetlen befecskendezés jelenti azt a kulcsfontosságú technológiát, amelynek révén tovább csökkenthető az üzemanyag-fogyasztás és a CO2-kibocsátás. A benzinmotor tanul a dízelüzeműtől A gépjárműgyártók már tíz évvel ezelőtt bevezették a piacra az első réteges töltéssel és hengerfalra irányított szegényebb keverékű égéssel működő közvetlen befecskendezésű benzinmotorokat. Az áttörést azonban csak a közvetlen befecskendezéses technológia és a turbófeltöltés kombinációja hozta meg, amely 2004-től került alkalmazásra sorozatgyártásban. Az e koncepció szerint gyártott motorok már alacsony fordulatszám mellett is magas, 150-200 newtonméter forgatónyomatékot biztosítanak lökettérfogat-literenként, és ezáltal a kívánt menetdinamika lényegesen alacsonyabb üzemanyag6 von 11
fogyasztással párosul. A motorok homogén égéssel működnek, ezért nincs szükségük NOx-tárolókatalizátorokra. Ennek műszaki alapjait mi tettük lehetővé közvetlen benzinbefecskendező rendszerünk második generációja, a DI-Motronic révén. A rendszer fontos jellemzői a motorfejlesztők által rugalmasan alakítható többfuratos befecskendező-szelepek, a 150 bar-ra növelt befecskendezési nyomás, valamint a kompakt, egyhengeres, magasnyomású pumpa. Közvetlen benzinbefecskendezés, mint a downsizing alapja Közvetlen benzinbefecskendező rendszerünk második generációja, a DIMotronic révén kifejlesztettünk egy megoldást arra, hogy alacsony fordulatszám mellett több friss levegőt juttassunk a hengerbe, és ezáltal magasabb forgatónyomatékot biztosítsunk: ez az úgynevezett Scavenging. Ennek során a DI-Motronic oly módon vezérli a be- és kifúvó nyílások nyitását, hogy azok egy pillanatig egyszerre legyenek nyitva: az égéstérben kereszthuzat keletkezik, miáltal a henger jobban megtelik friss levegővel. Az üzemanyag közvetlen befecskendezésére csak azután kerül sor, hogy a DI-Motronic ismét lezárta a szelepeket. A kipufogórendszerbe nem kerül üzemanyag, így a károsanyag-kibocsátás csökken. A kisebb lökettérfogattal együtt ez a technológia 10-12 százalékkal alacsonyabb CO2-kibocsátást eredményez. Az új benzinmotorok még az Egyesült Államok legszigorúbb, „Szuper Ultra Alacsony Kibocsátású Járművekre” (Super Ultra Low Emission Vehicles) vonatkozó kibocsátási határértékeinek is megfelelnek. Emellett a kívánt fogyasztáscsökkenést is biztosítják. Ezért látunk az USA-ban jó esélyeket és várunk kedvező növekedési rátákat a közvetlen benzinbefecskendezés vonatkozásában. Míg 2006-ban még egy százalék alatt volt a közvetlen benzinbefecskendezés részaránya a NAFTA-országok piacán, addig 2015-re már több mint 10 százalékkal számolunk. A 150 bar-os többfuratos befecskendező szelepekkel egy időben, 2006ban, a beszállítók közül elsőként, a Mercedes CLS 350 CGI-ben mutattunk be egy 200 bar-os Piezo befecskendező szelepet, kifelé nyíló 7 von 11
fúvókával. Ez a befecskendező szelep lehetővé teszi a motorgyártóknak az újszerű, „sugárvezérelt égési eljárás” alkalmazását részterhelésen. Ez a hagyományos szívócsöves befecskendezőkhöz viszonyítva mintegy 15 százalékkal kevesebb fogyasztást és CO2-kibocsátást eredményez. A Piezo-technológia azonban költséges, ezért mérnökeink máris más megoldáson dolgoznak. Az a cél, hogy a sugárvezérelt égési eljárást valamint a flexfuel-üzemet – tehát a benzinnel, alkohollal vagy földgázzal váltakozva történő üzemeltetést – mágneses szeleppel vezérelt többfuratos befecskendező-szeleppel is sikerüljön megvalósítani. Hölgyeim és Uraim! A hagyományos üzemanyagok alternatívái csökkentik a nyersolajbehozataltól való függőséget, kímélik e készleteket, és ugyanakkor javítják a CO2-mérleget. Azonban csak akkor, ha azonos mértékben figyelembe vesszük a teljes előállítási folyamatot, az üzemanyagtermeléstől egészen a járműben való felhasználásig – „Well-to-Wheel”, azaz a forrástól a kerékig. Ha például földgázt használunk nyersanyagként, akár 25 százalékos CO2-megtakarítási potenciált érhetünk el. A benzin és a dízel alternatívái csökkentik a CO2-kibocsátást Még kedvezőbb értékeket érhetünk el bio-üzemanyagokkal. A bioüzemanyagok első generációjával, amelynek esetében csak a növények gyümölcsei kerülnek hasznosításra, 70 százalékos CO2-megtakarítást sikerült elérni. A bio-üzemanyagok második generációja esetében ez az érték már 90 százalék. Ebben az esetben már a teljes növényt bioüzemanyaggá, etanollá vagy szintetikus biodízellé dolgozzuk fel. Már számos alternatív üzemanyag esetében komplett befecskendezési technológiával rendelkezünk, legyen szó Compressed Natural Gas-ról (CNG), tehát cseppfolyósított gázról, vagy magas etanoltartalmú benzinről, E85-ről vagy flexfuelről. Brazíliában már ma is nagy mennyiségben adnak el a mi flexfuel-befecskendezési technológiánkkal ellátott személygépjárműveket, amelyek benzinnel és etanollal egyaránt működnek. Európában ugyanakkor egyre nagyobb arányban kevernek biodízelt és földgázból nyert szintetikus dízelt az ásványi dízelhez, benzin esetében pedig a bio-üzemanyag etanolt. Ez nem csupán 8 von 11
megfelelően módosított technológiával ellátott, új járművek esetében csökkenti a CO2-kibocsátást, hanem a már meglévő gépjárműállomány esetében is. Vezérelt kisegítő aggregátok gondoskodnak az energiahatékonyságról Hajtáságon az elektromos kisegítő aggregátok terén várható jelentős változás. Ezen a területen fejlesztőink minden egyes gazdaságosan elérhető százalékpontnyi hatékonyságnövelést igyekeznek biztosítani számunkra. Jó példa erre új Start/Stop-rendszerünk. Amíg a jármű forgalmi dugóban vagy piros lámpánál várakozik, a rendszer kikapcsolja a belső égésű motort. Amint a vezető a kuplungra lép, hogy ismét sebességbe kapcsoljon, a rendszer automatikusan elindítja a motort. Az elektronika gondoskodik arról, hogy a vezető bárminemű kényelmetlenség nélkül üzemanyagot takaríthasson meg, és csökkenti a CO2-kibocsátást. Ez járműtől függően akár nyolc százaléknyi megtakarítást is jelenthet városi közlekedés mellett. A rendszer először az új 1-es BMW-ben kerül alkalmazásra. Fejlesztőink szem előtt tartják a generátor és a dinamó hatékonyságát is. A Bosch megfelelően optimalizált generátorával egy vagy két százaléknyi fogyasztás is megtakarítható. A generátorszabályozásba való intelligens beavatkozás révén fékezéskor az energia egy részét az akkumulátor töltésére fordítjuk. Ezzel két vagy három százaléknyi fogyasztási és CO2-kibocsátási csökkenés érhető el. Testre szabott hibrid-koncepciók nagyvárosi közlekedéshez Jóval nagyobb CO2-csökkentési potenciál rejlik hibrid-koncepcióinkban. Egy benzines hibrid esetében jó 25 százalék, egy dízeles hibrid esetében pedig akár 40 százalék takarítható meg egy hagyományos benzinmotorhoz képest. Az egyes koncepciók megtakarítási sikere különböző tényezőktől függ. Alapvető jelentőséggel bírnak az alábbiak: •
az installált elektromos hajtási teljesítmény,
•
a kivitel módja – párhuzamos vagy elágazó – 9 von 11
•
valamint – és ez külön kiemelendő – a belső égésű motor hatékonysága.
Koncepcióink sikeressége szempontjából döntő szempont a vásárlók általi elfogadottság mértéke. Ezen a téren a Strong Hybrid áll a legjobban. Az elektromos hajtás teljesítménye elegendő ahhoz, hogy rövid távon tisztán elektromos alapon üzemelhessen, és meggyőzően erőteljes támogatást kap a belső égésű motortól a nagyvárosok újra és újra leálló majd újrainduló forgalma közepette. A Bosch több mint 30 éve foglalkozik elektromos hajtásokkal, ezért úgy véljük, hogy rendszer- és komponens-megoldások terén igazán jól állunk. Várhatóan már a jövő évben szállítani tudjuk a hibridtechnológiát a Volkswagen, az Audi és a Porsche járműveiben történő első alkalmazáshoz. A legmesszebbre a gépjárművek energia-átalakítójaként alkalmazott fűtőanyagcellával tekintünk. A károsanyagmentes gépjármű-közlekedés víziójához a regeneratív módon előállított és üzemanyagként használt hidrogén, valamint az elektromos hajtásra használt elektromos motorok révén kerülhetnénk a legközelebb. Fejlesztőink szerint azonban ma még túlságosan nagy akadályok tornyosulnak előttünk a hidrogéntermelés, a fűtőanyagcellák élettartama vagy a hidrogén tárolása területén. Ezért a fűtőanyagcella az elkövetkező húsz év során csupán kisebb piacokon helyettesítheti a belső égésű motor számos változatát. Fejlesztőink azonban dolgoznak a kérdésen, és már ma is szállítanak alkatrészeket a fűtőanyagcellás járművek prototípusaihoz. Hölgyeim és Uraim! A hajtási rendszerek területén már rendelkezésünkre álló technológiák valamint az üzemanyag-fogyasztás és a CO2-csökkentés optimalizálására irányuló fejlesztési projektjeink révén jól felkészültünk a gépjárműpiacok majdani fejleményeire. A 2020-ig terjedő időszakban várhatóan a tökéletesített közvetlen befecskendezési rendszerekkel ellátott belső égésű motor dominál majd a gépjárműhajtások körében. A gépjárműgyártók és beszállítóik nagy 10 von 11
erőfeszítéseket tesznek a hajtási rendszer energiahatékonyságának növelése és a CO2-kibocsátás csökkentése érdekében. A következő belátható műszaki fejlesztések révén az autóipar meg fog tudni felelni a várhatóan szigorodó kipufogógáz-határértékeknek. Az olyan alternatív hajtások, mint a hibrid, bizonyos profilok esetében jelentősen hozzá fognak járulni a CO2-kibocsátás csökkenéséhez. Emellett megteremtjük a műszaki feltételeket ahhoz, hogy a belsőégésű motorokban alternatív üzemanyagokat, főként megújuló nyersanyagokból készült bioüzemanyagokat használhassunk, ily módon javítva a CO2-mérleget. Köszönöm a figyelmet.
11 von 11
